JP2000256850A - ダイヤモンドライクカーボン薄膜及びその製造方法 - Google Patents
ダイヤモンドライクカーボン薄膜及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 炭化水素を原料としてプラズマＣＶＤ法によ
り形成されたＤＬＣ膜は摩擦特性は良好であるが、特に
ステンレス材のような基板では厚いＤＬＣ膜を直接形成
できないために、基材とＤＬＣ薄膜の間には中間層を形
成する。中間層とその上に形成されるＤＬＣ膜との密着
性が不充分であると、形成された膜がすぐに剥離するの
で、基材との密着性が高いＤＬＣ膜を提供する。 【解決手段】 母材に中間層を介して形成されたダイヤ
モンドライクカーボン層を含んでなるダイヤモンドライ
クカーボン薄膜において、中間層とダイヤモンドライク
カーボン層の間に、中間層の成分と炭素からなる混合成
分層を設け、混合成分層がダイヤモンドライクカーボン
層と接する位置では該混合成分層は実質的に炭素からな
り、また中間層と接する位置では該混合成分層は実質的
に中間層の成分からなるとともに、この混合成分層の組
成を層厚さ方向で段階的又は連続的に変化させる。
り形成されたＤＬＣ膜は摩擦特性は良好であるが、特に
ステンレス材のような基板では厚いＤＬＣ膜を直接形成
できないために、基材とＤＬＣ薄膜の間には中間層を形
成する。中間層とその上に形成されるＤＬＣ膜との密着
性が不充分であると、形成された膜がすぐに剥離するの
で、基材との密着性が高いＤＬＣ膜を提供する。 【解決手段】 母材に中間層を介して形成されたダイヤ
モンドライクカーボン層を含んでなるダイヤモンドライ
クカーボン薄膜において、中間層とダイヤモンドライク
カーボン層の間に、中間層の成分と炭素からなる混合成
分層を設け、混合成分層がダイヤモンドライクカーボン
層と接する位置では該混合成分層は実質的に炭素からな
り、また中間層と接する位置では該混合成分層は実質的
に中間層の成分からなるとともに、この混合成分層の組
成を層厚さ方向で段階的又は連続的に変化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は耐摩耗性の向上や低
摩擦を目的とした保護膜として摺動部品などに用いられ
るダイヤモンドライクカーボン（以下「ＤＬＣ」と略す
こともある）薄膜及びその製造方法に関するものであ
る。ＤＬＣはＨｖ２０００〜１００００もの高硬度を有
しかつ低摩擦性を有する非晶質炭素膜であってプラズマ
ＣＶＤもしくは真空アーク放電法により形成されている
（例えば特開平６−１０１３５号公報及び特開平９−５
０６６６９号公報など参照）。
摩擦を目的とした保護膜として摺動部品などに用いられ
るダイヤモンドライクカーボン（以下「ＤＬＣ」と略す
こともある）薄膜及びその製造方法に関するものであ
る。ＤＬＣはＨｖ２０００〜１００００もの高硬度を有
しかつ低摩擦性を有する非晶質炭素膜であってプラズマ
ＣＶＤもしくは真空アーク放電法により形成されている
（例えば特開平６−１０１３５号公報及び特開平９−５
０６６６９号公報など参照）。
【０００２】
【従来の技術】これまでにＤＬＣ膜として実用化されて
いるものにはハードディスク用の記録媒体や磁気記録用
ヘッド上の保護膜がある（トライボロジスト、Vol.41,
No.9,第５６〜６１頁参照）。これらの保護膜に用いら
れているＤＬＣ膜の製造方法は一般にプラズマＣＶＤ法
が用いられている。プラズマＣＶＤ法は原料ガスを真空
チャンバー内に導入し、高周波放電プラズマによりイオ
ン化し、基板上に原子を付着させる方法である。特開平
７−９０５５３号公報によると、基材とＤＬＣ膜の密着
性を向上させるために基材とＤＬＣ膜の間にＣ原子と、
Ｓｉ原子などの注入原子との混合層を形成する方法が提
案されている。その他の中間層としてＷ，ＷＣなどの各
種物質の中間層が提案されている。
いるものにはハードディスク用の記録媒体や磁気記録用
ヘッド上の保護膜がある（トライボロジスト、Vol.41,
No.9,第５６〜６１頁参照）。これらの保護膜に用いら
れているＤＬＣ膜の製造方法は一般にプラズマＣＶＤ法
が用いられている。プラズマＣＶＤ法は原料ガスを真空
チャンバー内に導入し、高周波放電プラズマによりイオ
ン化し、基板上に原子を付着させる方法である。特開平
７−９０５５３号公報によると、基材とＤＬＣ膜の密着
性を向上させるために基材とＤＬＣ膜の間にＣ原子と、
Ｓｉ原子などの注入原子との混合層を形成する方法が提
案されている。その他の中間層としてＷ，ＷＣなどの各
種物質の中間層が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】炭化水素を原料として
プラズマＣＶＤ法により形成されたＤＬＣ膜は摩擦特性
は良好であるが、基板の材質により厚く形成できない場
合がある。特にステンレス材のような基板では１μｍ以
上の厚いＤＬＣ膜を直接形成できないために、基材とＤ
ＬＣ薄膜の間には中間層を形成することが必須となって
いる。しかしながら、中間層を設けた場合でも、中間層
とその上に形成されるＤＬＣ膜との密着性が不充分であ
ると、形成されたＤＬＣ膜がすぐに剥離してしまう。従
って、母材と中間層のみならず中間層とＤＬＣ層の間の
密着性も向上させる必要がある。そこで本発明は中間層
とＤＬＣ層の間に傾斜組成層を設けることによって、基
材との密着性が高いＤＬＣ膜を提供することを目的とす
る。
プラズマＣＶＤ法により形成されたＤＬＣ膜は摩擦特性
は良好であるが、基板の材質により厚く形成できない場
合がある。特にステンレス材のような基板では１μｍ以
上の厚いＤＬＣ膜を直接形成できないために、基材とＤ
ＬＣ薄膜の間には中間層を形成することが必須となって
いる。しかしながら、中間層を設けた場合でも、中間層
とその上に形成されるＤＬＣ膜との密着性が不充分であ
ると、形成されたＤＬＣ膜がすぐに剥離してしまう。従
って、母材と中間層のみならず中間層とＤＬＣ層の間の
密着性も向上させる必要がある。そこで本発明は中間層
とＤＬＣ層の間に傾斜組成層を設けることによって、基
材との密着性が高いＤＬＣ膜を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
すべくなされたもので、本発明によるＤＬＣ薄膜は母材
上に形成された中間層とＤＬＣ層の間に、組成比が段階
的又は連続的に変化する傾斜組成層が形成されているも
のである。即ち、本発明に係るダイヤモンドライクカー
ボン薄膜は、母材に中間層を介して形成されたダイヤモ
ンドライクカーボン層を含んでなるダイヤモンドライク
カーボン薄膜において、中間層とダイヤモンドライクカ
ーボン層の間に、該中間層の成分と炭素からなる混合成
分層を設け、該混合成分層がダイヤモンドライクカーボ
ン層と接する位置では該混合成分層は実質的に炭素から
なり、また中間層と接する位置では該混合成分層は実質
的に中間層の成分からなるとともに、この混合成分層の
組成を層厚さ方向で段階的又は連続的に変化させたこと
を特徴とする。また、本発明に係るダイヤモンドライク
カーボン薄膜の製造方法は、前記中間層、混合成分層及
びダイヤモンドライクカーボン層のそれぞれの形成を真
空アーク法、スパッタリング法、ＲＦプラズマＣＶＤ
法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法及びＥＣＲマイクロ波
プラズマＣＶＤ法のうち何れかの方法で行うものであ
り、ここでは、前記全層の形成方法を同じ方法としても
よく、あるいは前記三層のうち少なくとも二層の形成方
法を異なる方法としてもよい。
すべくなされたもので、本発明によるＤＬＣ薄膜は母材
上に形成された中間層とＤＬＣ層の間に、組成比が段階
的又は連続的に変化する傾斜組成層が形成されているも
のである。即ち、本発明に係るダイヤモンドライクカー
ボン薄膜は、母材に中間層を介して形成されたダイヤモ
ンドライクカーボン層を含んでなるダイヤモンドライク
カーボン薄膜において、中間層とダイヤモンドライクカ
ーボン層の間に、該中間層の成分と炭素からなる混合成
分層を設け、該混合成分層がダイヤモンドライクカーボ
ン層と接する位置では該混合成分層は実質的に炭素から
なり、また中間層と接する位置では該混合成分層は実質
的に中間層の成分からなるとともに、この混合成分層の
組成を層厚さ方向で段階的又は連続的に変化させたこと
を特徴とする。また、本発明に係るダイヤモンドライク
カーボン薄膜の製造方法は、前記中間層、混合成分層及
びダイヤモンドライクカーボン層のそれぞれの形成を真
空アーク法、スパッタリング法、ＲＦプラズマＣＶＤ
法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法及びＥＣＲマイクロ波
プラズマＣＶＤ法のうち何れかの方法で行うものであ
り、ここでは、前記全層の形成方法を同じ方法としても
よく、あるいは前記三層のうち少なくとも二層の形成方
法を異なる方法としてもよい。
【０００５】本発明で使用される中間層はＳｉ、Ｗ、Ｃ
ｒ、Ｔｉ、Ｂ及びＡｌからなる群より選ばれた少なくと
も一種以上の元素の金属および／またはその炭化物を含
むか、あるいはＳｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ及びＡｌから
なる群より選ばれた少なくとも一種以上の元素の窒化物
および／またはその炭窒化物を含むことが好ましい。
ｒ、Ｔｉ、Ｂ及びＡｌからなる群より選ばれた少なくと
も一種以上の元素の金属および／またはその炭化物を含
むか、あるいはＳｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ及びＡｌから
なる群より選ばれた少なくとも一種以上の元素の窒化物
および／またはその炭窒化物を含むことが好ましい。
【０００６】これらの層を基板側から順に第一層（中間
層），第二層（混合成分層）及び第三層（ＤＬＣ層）と
言う。第一層及び第二層の原料にはテトラメチルシラ
ン、トリメチルボロン、トリメチルアルミニウムなどが
よい。第一層を形成した後、第一層成分の分圧を減少さ
せながら、同時に第三層成分の分圧を増やす操作を段階
的または連続的に行うことで第二層の形成を行う。第二
層の上にはＤＬＣ層（第３層）を形成する。本発明のＤ
ＬＣ薄膜においては、第一層（中間層）は厚さが０．１
〜１μｍ、第二層（混合成分層）は厚さが０．１〜３μ
ｍ及び第三層（ＤＬＣ層）は厚さが０．１〜１μｍであ
ることが好ましい。
層），第二層（混合成分層）及び第三層（ＤＬＣ層）と
言う。第一層及び第二層の原料にはテトラメチルシラ
ン、トリメチルボロン、トリメチルアルミニウムなどが
よい。第一層を形成した後、第一層成分の分圧を減少さ
せながら、同時に第三層成分の分圧を増やす操作を段階
的または連続的に行うことで第二層の形成を行う。第二
層の上にはＤＬＣ層（第３層）を形成する。本発明のＤ
ＬＣ薄膜においては、第一層（中間層）は厚さが０．１
〜１μｍ、第二層（混合成分層）は厚さが０．１〜３μ
ｍ及び第三層（ＤＬＣ層）は厚さが０．１〜１μｍであ
ることが好ましい。
【０００７】本発明に係るダイヤモンドライクカーボン
薄膜の製造方法は、中間層（第一層）、前記混合成分層
（第二層）及びダイヤモンドライクカーボン層（第三
層）のそれぞれの形成を真空アーク法、スパッタリング
法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法及びＥＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤ法のうち何れか
の方法で行う。ＤＬＣ層（第三層）の原料としては、直
鎖炭化水素ガス（メタン、エチレン、アセチレンな
ど）、含酸素有機化合物（ジメチルエーテル、ジエチル
エーテル、メタノール、エタノールなど）、芳香族炭化
水素（ベンゼン、トルエンなど）、含窒素化合物（メチ
ルアミン、トリメチルアミンなど）を用いると良い。Ｄ
ＬＣ（第三層）の原料はＣ6 Ｈ6 などの芳香族炭化水素
の方がＣＨ4 など直鎖炭化水素ガスよりも層形成速度が
速くでき、かつ液体であるため容積が少なくて済み貯蔵
に場所をとらない。以下、各方法の特長とするところを
説明する。
薄膜の製造方法は、中間層（第一層）、前記混合成分層
（第二層）及びダイヤモンドライクカーボン層（第三
層）のそれぞれの形成を真空アーク法、スパッタリング
法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法及びＥＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤ法のうち何れか
の方法で行う。ＤＬＣ層（第三層）の原料としては、直
鎖炭化水素ガス（メタン、エチレン、アセチレンな
ど）、含酸素有機化合物（ジメチルエーテル、ジエチル
エーテル、メタノール、エタノールなど）、芳香族炭化
水素（ベンゼン、トルエンなど）、含窒素化合物（メチ
ルアミン、トリメチルアミンなど）を用いると良い。Ｄ
ＬＣ（第三層）の原料はＣ6 Ｈ6 などの芳香族炭化水素
の方がＣＨ4 など直鎖炭化水素ガスよりも層形成速度が
速くでき、かつ液体であるため容積が少なくて済み貯蔵
に場所をとらない。以下、各方法の特長とするところを
説明する。
【０００８】真空アーク法及びスパッタリング法は、
Ｃ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｒなどの固体材料を中間層及び傾斜濃
度を有する混合成分層として成膜する場合に適してい
る。 ＲＦプラズマＣＶＤ法及びＥＣＲマイクロ波プラズマ
法はテトラメチルシラン（ＴＭＳ）などの有機金属化合
物ガスを用いてＤＬＣ層を形成するために好ましく用い
ることができる。さらに、Ａｌ，Ｓｉなどの金属元素を
含有する炭化水素ガスとＴＭＳを混合することにより混
合成分層も形成することができる。プラズマＣＶＤ法は
の方法と比べて基材との密着性が良好な中間層及び中
間層との密着性が良好な混合成分層を形成する。 ＲＦプラズマＣＶＤ装置の基本的構成要素を示す図４を
参照して各層の形成方法を説明する。ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ装置は上部電極２、基板４を乗せる下部電極３および
エッチングガス及び２種原料ガスのマスフローコントロ
ーラ７を備えた真空チャンバー１と、プラズマを発生す
るためのＲＦ電源５、スイッチ／マッチングボックス６
と真空ポンプ（１）８および真空ポンプ（２）９から構
成される。プラズマのタイプは１３．５６ＭＨｚのＲＦ
プラズマでもよいが、２．４５ＧＨｚのマイクロ波プラ
ズマを使用し、図示されない電磁石によりプラズマに磁
場を印加したＥＣＲプラズマではプラズマ効率が向上す
るため、ＲＦプラズマよりも少ないガス流量で成膜が可
能である。真空チャンバー１は真空ポンプ９により減圧
される。テトラメチルシラン（ＴＭＳ）ガスによるプラ
ズマによってＳｉを含む中間層（第一層）を形成し、更
にＴＭＳとＣＨ4 ガスの混合ガスにより混合成分層（第
二層）を形成した後、ＴＭＳの供給を停止してＤＬＣ層
を形成する。
Ｃ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｒなどの固体材料を中間層及び傾斜濃
度を有する混合成分層として成膜する場合に適してい
る。 ＲＦプラズマＣＶＤ法及びＥＣＲマイクロ波プラズマ
法はテトラメチルシラン（ＴＭＳ）などの有機金属化合
物ガスを用いてＤＬＣ層を形成するために好ましく用い
ることができる。さらに、Ａｌ，Ｓｉなどの金属元素を
含有する炭化水素ガスとＴＭＳを混合することにより混
合成分層も形成することができる。プラズマＣＶＤ法は
の方法と比べて基材との密着性が良好な中間層及び中
間層との密着性が良好な混合成分層を形成する。 ＲＦプラズマＣＶＤ装置の基本的構成要素を示す図４を
参照して各層の形成方法を説明する。ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ装置は上部電極２、基板４を乗せる下部電極３および
エッチングガス及び２種原料ガスのマスフローコントロ
ーラ７を備えた真空チャンバー１と、プラズマを発生す
るためのＲＦ電源５、スイッチ／マッチングボックス６
と真空ポンプ（１）８および真空ポンプ（２）９から構
成される。プラズマのタイプは１３．５６ＭＨｚのＲＦ
プラズマでもよいが、２．４５ＧＨｚのマイクロ波プラ
ズマを使用し、図示されない電磁石によりプラズマに磁
場を印加したＥＣＲプラズマではプラズマ効率が向上す
るため、ＲＦプラズマよりも少ないガス流量で成膜が可
能である。真空チャンバー１は真空ポンプ９により減圧
される。テトラメチルシラン（ＴＭＳ）ガスによるプラ
ズマによってＳｉを含む中間層（第一層）を形成し、更
にＴＭＳとＣＨ4 ガスの混合ガスにより混合成分層（第
二層）を形成した後、ＴＭＳの供給を停止してＤＬＣ層
を形成する。
【０００９】混合成分層の形成において、Ｗなどの中間
層成分とＣの濃度比を変化させる方法を各形成方法につ
いて述べると以下のようになる。 真空アーク法：複数個のイオン電源に印加する電力の
割合を変化させることにより濃度を傾斜させることがで
きる。 スパッタリング法：複数個のターゲットに加えるＲＦ
電力の割合を変化させることにより濃度を変化させるこ
とができる。 プラズマＣＶＤ法及びＥＣＲマイクロ波プラズマ法：
ＤＬＣ用原料ガスと中間層用原料ガスの混合割合を変化
させることにより濃度を変化させることができる。 上述の方法により、ＷなどとＣの濃度を段階的または連
続的に変化させた混合成分層（第一層）を形成する。更
に、第一層の上に形成する第二層は第三層と同じ方法で
形成することが好ましい。炭化水素等を材料として第三
層の形成法は第二層の方法とは異なっていてもよい。
層成分とＣの濃度比を変化させる方法を各形成方法につ
いて述べると以下のようになる。 真空アーク法：複数個のイオン電源に印加する電力の
割合を変化させることにより濃度を傾斜させることがで
きる。 スパッタリング法：複数個のターゲットに加えるＲＦ
電力の割合を変化させることにより濃度を変化させるこ
とができる。 プラズマＣＶＤ法及びＥＣＲマイクロ波プラズマ法：
ＤＬＣ用原料ガスと中間層用原料ガスの混合割合を変化
させることにより濃度を変化させることができる。 上述の方法により、ＷなどとＣの濃度を段階的または連
続的に変化させた混合成分層（第一層）を形成する。更
に、第一層の上に形成する第二層は第三層と同じ方法で
形成することが好ましい。炭化水素等を材料として第三
層の形成法は第二層の方法とは異なっていてもよい。
【００１０】
【作用】従来のＤＬＣ薄膜では、ＳＵＪ−２やステンレ
ス類の金属母材に１μｍ以上の厚いＤＬＣ層３を形成す
るためには必ず中間層が必要であった。例えばテトラメ
チルシランを原料としたＳｉＣを含む０．１〜１μｍの
中間層２を形成したステンレス系金属材料上にも１μｍ
以上のＤＬＣ層２を容易に形成することができる。この
場合、図１に示したようにＤＬＣ薄膜は母材１上に中間
層２とＤＬＣ層３の２層で構成される。しかしながら、
図１に示すＤＬＣ薄膜は、成膜後１日程度の比較的短時
間放置でもＤＬＣ層３と中間層２の間で剥離することが
ある。そこで、本発明では、図２に示すように中間層
（第一層）２の形成後、中間層（第一層）２とＤＬＣ層
（第三層）３の組成比を段階的（図３（ａ））または連
続的（図３（ｂ））に変化させた混合成分層（第二層）
４を形成することによって、経時剥離を抑制する。この
理由はＤＬＣ層３の内部応力が混合成分層４によって緩
和されるためであると考えられる。
ス類の金属母材に１μｍ以上の厚いＤＬＣ層３を形成す
るためには必ず中間層が必要であった。例えばテトラメ
チルシランを原料としたＳｉＣを含む０．１〜１μｍの
中間層２を形成したステンレス系金属材料上にも１μｍ
以上のＤＬＣ層２を容易に形成することができる。この
場合、図１に示したようにＤＬＣ薄膜は母材１上に中間
層２とＤＬＣ層３の２層で構成される。しかしながら、
図１に示すＤＬＣ薄膜は、成膜後１日程度の比較的短時
間放置でもＤＬＣ層３と中間層２の間で剥離することが
ある。そこで、本発明では、図２に示すように中間層
（第一層）２の形成後、中間層（第一層）２とＤＬＣ層
（第三層）３の組成比を段階的（図３（ａ））または連
続的（図３（ｂ））に変化させた混合成分層（第二層）
４を形成することによって、経時剥離を抑制する。この
理由はＤＬＣ層３の内部応力が混合成分層４によって緩
和されるためであると考えられる。
【００１１】
【実施例】以下、実施例についてさらに詳細に説明す
る。
る。
【００１２】実施例１ 図４に示すＲＦプラズマＣＶＤ装置により成膜を行っ
た。先ず、真空チャンバー１は真空ポンプ９により１０
-3torrに減圧した状態で、Ａｒガスによるプラズマを励
起しステンレス（ＳＵＳ３０４）基板４のクリーニング
を行った後、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）ガスによる
プラズマによってＳｉＣを含む中間層（第一層）を０．
２μｍ形成した。この中間層にはＳｉＣの他にカーボン
も混在していた。更にＴＭＳとＣＨ4 ガスの混合ガスを
図３（ａ）のように段階的に変化させるように流し、混
合成分層（第二層）を厚さ０．４μｍ形成した後ＴＭＳ
の供給を停止してＤＬＣ層を０．６μｍ形成した。
た。先ず、真空チャンバー１は真空ポンプ９により１０
-3torrに減圧した状態で、Ａｒガスによるプラズマを励
起しステンレス（ＳＵＳ３０４）基板４のクリーニング
を行った後、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）ガスによる
プラズマによってＳｉＣを含む中間層（第一層）を０．
２μｍ形成した。この中間層にはＳｉＣの他にカーボン
も混在していた。更にＴＭＳとＣＨ4 ガスの混合ガスを
図３（ａ）のように段階的に変化させるように流し、混
合成分層（第二層）を厚さ０．４μｍ形成した後ＴＭＳ
の供給を停止してＤＬＣ層を０．６μｍ形成した。
【００１３】このようにＳｉＣを含む中間層（第一層）
上に密着性のよい混合成分層（第二層）を下層とし、そ
の上にＤＬＣ薄膜（第三層）を形成した。形成直後の膜
の状況、形成後２４ｈ経過した後の膜の状況及び摩擦係
数を表１に示す。この実施例はＲＦプラズマＣＶＤ装置
ですべての層を形成した例であるが、以下の実施例２、
３、４ではいくつかの層を別の方法で形成した例を示し
た。
上に密着性のよい混合成分層（第二層）を下層とし、そ
の上にＤＬＣ薄膜（第三層）を形成した。形成直後の膜
の状況、形成後２４ｈ経過した後の膜の状況及び摩擦係
数を表１に示す。この実施例はＲＦプラズマＣＶＤ装置
ですべての層を形成した例であるが、以下の実施例２、
３、４ではいくつかの層を別の方法で形成した例を示し
た。
【００１４】実施例２ 実施例に示すプラズマＣＶＤ装置によりステンレス基板
４をアルゴンスパッタリングし、その後第一層及び第二
層の形成に真空アーク法を用い、第三層の形成にはプラ
ズマＣＶＤ法を用い、真空アーク法によって金属Ｗ中間
層（第一層）を０．１μｍ形成し、更にＷとＣの比率を
図３(a) のように段階的に変化させるように形成し、混
合成分層（第二層）を厚さ０．３μｍ形成した。この後
プラズマＣＶＤ法によってメタンを原料としてＤＬＣ層
（第一層）を０．６μｍに形成した。
４をアルゴンスパッタリングし、その後第一層及び第二
層の形成に真空アーク法を用い、第三層の形成にはプラ
ズマＣＶＤ法を用い、真空アーク法によって金属Ｗ中間
層（第一層）を０．１μｍ形成し、更にＷとＣの比率を
図３(a) のように段階的に変化させるように形成し、混
合成分層（第二層）を厚さ０．３μｍ形成した。この後
プラズマＣＶＤ法によってメタンを原料としてＤＬＣ層
（第一層）を０．６μｍに形成した。
【００１５】実施例３ 実施例１と同様にプラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＣを含
む第一層を０．１μｍ形成し、次にＴＭＳとＣＨ4 の混
合ガスを用い第二層を０．３μｍ形成後、Ｃ源にベンゼ
ンを用いて第三層を０．７μｍ形成した。
む第一層を０．１μｍ形成し、次にＴＭＳとＣＨ4 の混
合ガスを用い第二層を０．３μｍ形成後、Ｃ源にベンゼ
ンを用いて第三層を０．７μｍ形成した。
【００１６】実施例４ 第一層及び第二層の形成にスパッタリング法を用い、第
三層の形成には図１に示す装置を用いるプラズマＣＶＤ
法を用いた。最初にＡｒガスによるプラズマを励起し基
板のクリーニングを行った後、Ａｒガスを用いて、スパ
ッタリング法によって金属Ｗの中間層（第一層）を０．
１μｍ形成した。更にＡｒガスの他にアセチレンガスを
流し、連続的にＡｒガスとアセチレンガスの流量を変化
させることにより、ＷとＤＬＣの比率を図３(b) のよう
に連続的に変化させた混合成分層（第二層）を厚さ０．
２μｍ形成した。この後プラズマCVD 法によってアセチ
レンをＣ源としてＤＬＣ層（第三層）を０．６μｍ形成
した。
三層の形成には図１に示す装置を用いるプラズマＣＶＤ
法を用いた。最初にＡｒガスによるプラズマを励起し基
板のクリーニングを行った後、Ａｒガスを用いて、スパ
ッタリング法によって金属Ｗの中間層（第一層）を０．
１μｍ形成した。更にＡｒガスの他にアセチレンガスを
流し、連続的にＡｒガスとアセチレンガスの流量を変化
させることにより、ＷとＤＬＣの比率を図３(b) のよう
に連続的に変化させた混合成分層（第二層）を厚さ０．
２μｍ形成した。この後プラズマCVD 法によってアセチ
レンをＣ源としてＤＬＣ層（第三層）を０．６μｍ形成
した。
【００１７】比較例１ 実施例１と同様にＴＭＳを用いてプラズマＣＶＤ法によ
りＳｉＣを含む中間層（第一層）を０．２μｍ形成した
後、メタンをＣ源としてＤＬＣ膜（第三層）を０．６μ
ｍ形成した。
りＳｉＣを含む中間層（第一層）を０．２μｍ形成した
後、メタンをＣ源としてＤＬＣ膜（第三層）を０．６μ
ｍ形成した。
【００１８】上記実施例１〜４及び比較例１の膜の状況
を目視で観察し、その結果を表１に示す。表中の判定評
価○、×は以下のとおりである。 形成直後の膜状況 ○−剥離なし ×−剥離あり 形成後２４ｈ後の膜状況 ○−剥離なし ×−剥離あり 表１には、各層形成直後及び室温で２４ｈ経過した後の
膜の状況及び無潤滑条件下での摩擦係数を示した。
を目視で観察し、その結果を表１に示す。表中の判定評
価○、×は以下のとおりである。 形成直後の膜状況 ○−剥離なし ×−剥離あり 形成後２４ｈ後の膜状況 ○−剥離なし ×−剥離あり 表１には、各層形成直後及び室温で２４ｈ経過した後の
膜の状況及び無潤滑条件下での摩擦係数を示した。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１に示すように、混合成分層（第二層）
のない比較例１の場合では形成後２４ｈでＤＬＣ膜が剥
離した。一方、混合成分層（第二層）を形成した本発明
によるＤＬＣ薄膜では、良好で且つ摩擦係数の小さなＤ
ＬＣ膜が得られた。
のない比較例１の場合では形成後２４ｈでＤＬＣ膜が剥
離した。一方、混合成分層（第二層）を形成した本発明
によるＤＬＣ薄膜では、良好で且つ摩擦係数の小さなＤ
ＬＣ膜が得られた。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によるＤＬＣ薄
膜では、従来よりも容易に母材との密着性を良くするこ
とができる。
膜では、従来よりも容易に母材との密着性を良くするこ
とができる。
【図１】 従来のＤＬＣ薄膜の構成図である。
【図２】 本発明でのＤＬＣ薄膜の構成図である。
【図３(a) 】 本発明での段階的に構成比を変化させた
場合の模式図である。
場合の模式図である。
【図３(b) 】 本発明での連続的に構成比を変化させた
場合の模式図である。
場合の模式図である。
【図４】 ＲＦプラズマＣＶＤ装置を示す図面である。
１・・・・真空チャンバー ２・・・・上部電極 ３・・・・下部電極 ４・・・・基板 ５・・・・ＲＦ電源 ６・・・・スイッチ／マッチングボックス ７・・・・原料／マスフローコントローラー ８・・・・真空ポンプ（１） ９・・・・真空ポンプ（２）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸貫 正樹 埼玉県熊谷市末広４−14−１ 株式会社リ ケン熊谷事業所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA03 DA11 DA12 DB18 DB19 DB20 HA13 TA04 TA08 4K030 AA09 AA10 AA14 BA02 BA06 BA18 BA20 BA26 BA28 BA29 BA36 BA37 BB12 CA02 DA03 FA01 FA02 HA02 HA04 JA06 LA20 LA23
Claims (7)
- 【請求項１】 母材に中間層を介して形成されたダイヤ
モンドライクカーボン層を含んでなるダイヤモンドライ
クカーボン薄膜において、前記中間層と前記ダイヤモン
ドライクカーボン層の間に、該中間層の成分と炭素から
なる混合成分層を設け、該混合成分層がダイヤモンドラ
イクカーボン層と接する位置では該混合成分層は実質的
に炭素からなり、また中間層と接する位置では該混合成
分層は実質的に中間層の成分からなるとともに、この混
合成分層の組成を層厚さ方向で段階的又は連続的に変化
させたことを特徴とするダイヤモンドライクカーボン薄
膜。 - 【請求項２】 前記中間層がＳｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ
及びＡｌからなる群より選ばれた少なくとも一種以上の
元素の金属および／またはその炭化物を含む請求項１記
載のダイヤモンドライクカーボン薄膜。 - 【請求項３】 前記中間層がＳｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂ
及びＡｌからなる群より選ばれた少なくとも一種以上の
元素の窒化物および／またはその炭窒化物を含む請求項
１記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜。 - 【請求項４】 請求項１から３までの何れか１項記載の
中間層、前記混合成分層及びダイヤモンドライクカーボ
ン層のそれぞれの形成を真空アーク法、スパッタリング
法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法及びＥＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤのうち何れかの
方法で行うダイヤモンドライクカーボン薄膜の製造方
法。 - 【請求項５】 前記全層の形成方法を同じ方法とする請
求項４記載のダイヤモンドライクカーボン薄膜の製造方
法。 - 【請求項６】 前記三層のうち少なくとも二層の形成方
法が異なる請求項４記載のダイヤモンドライクカーボン
薄膜の製造方法。 - 【請求項７】 前記ダイヤモンドライクカーボン層の形
成を、固体炭素、直鎖炭化水素、芳香族炭化水素、含酸
素有機化合物及び含窒素炭化水素化合物のうち少なくと
も一種を用いて、ＲＦプラズマＣＶＤ法、又はマイクロ
波プラズマＣＶＤ法又はＥＣＲマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄで行う請求項４記載のダイヤモンドライクカーボン薄
膜の製造方法。
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